內(nèi)防涂層現(xiàn)場應(yīng)用性能評價(jià)研究

姜 麗 劉 瑾 劉 恒 王 凱 宋根才 張春偉 王遂平

①勝利油田分公司東辛采油廠 ②勝利油田分公司技術(shù)檢測中心③勝利油田檢測評價(jià)研究有限公司 ④勝利油田工程技術(shù)管理中心

選擇礦化度高、含砂高區(qū)塊進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)預(yù)制涂裝五種涂層短管，短管通過堆焊補(bǔ)口，內(nèi)補(bǔ)口，擴(kuò)口進(jìn)行連接，共計(jì)11種內(nèi)防涂層接口。現(xiàn)場試運(yùn)行100天后，對涂層性能和接口性能分別進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明：對于運(yùn)輸溫度高、含砂高，礦化度高的介質(zhì)管道，內(nèi)防涂層優(yōu)先選擇環(huán)氧粉末，接口綜合考慮測試性能和現(xiàn)場可操作性推薦采用堆焊接口。

對于集輸管道內(nèi)腐蝕的防護(hù)主要采用內(nèi)表面的涂層處理，這種方法具有防腐性能高、使用年限長、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)[1]。另外為保證管道焊口部位的抗腐蝕性能，必須采取焊后內(nèi)補(bǔ)口或其他工藝措施，解決管道接頭的連接與防護(hù)問題[2]。目前在油田常用內(nèi)防涂層主要有賽克54（SK-54）防腐、環(huán)氧陶瓷防腐、玻璃鱗片防腐、環(huán)氧粉末防腐、玻璃釉防腐等五種。內(nèi)防接口主要有堆焊補(bǔ)口、內(nèi)補(bǔ)口和擴(kuò)口三種方式。五種涂層和三種接口方式組合針對不同服役環(huán)境性能有一定的差異。本文針對溫度高、礦化度高、含砂高的區(qū)塊進(jìn)行了五種內(nèi)防涂層和三種接口方式的適應(yīng)性評價(jià)研究，優(yōu)選出適應(yīng)性較好的內(nèi)防涂層和接口方式。

1 試驗(yàn)管線

本文選擇油田某采油廠礦化度高、含砂高某區(qū)塊采油井進(jìn)行試驗(yàn)，其采出液溫度為80 ℃，壓力為0.7 MPa，礦化度為65000 mg/L，試驗(yàn)管線采用Φ159×6 mm無縫鋼管?，F(xiàn)場涂裝賽克54（SK-54）防腐、環(huán)氧陶瓷防腐、玻璃鱗片防腐、玻璃釉防腐、環(huán)氧粉末防腐等五種內(nèi)防涂層，每種涂層涂裝三節(jié)短管，同種類型的內(nèi)防涂層短管通過堆焊補(bǔ)口，內(nèi)補(bǔ)口，擴(kuò)口進(jìn)行連接，不同類型內(nèi)防涂層短管通過法蘭連接，現(xiàn)場試驗(yàn)管段設(shè)置11種不同內(nèi)防涂層接口，每種接口設(shè)置兩個(gè)平行試樣，共計(jì)22個(gè)接口試樣。

現(xiàn)場試驗(yàn)管道安裝后，運(yùn)行100天后，將實(shí)驗(yàn)短管挖出并取樣切割進(jìn)行標(biāo)記，并制作成標(biāo)準(zhǔn)試片進(jìn)行性能測試，測試分為涂層性能測試和接口性能測試。

2 內(nèi)防腐涂層測試

2.1 涂層表面形貌

通過目視五種涂層表面形貌發(fā)現(xiàn)，SK-54涂層在管道運(yùn)行過程中局部性能發(fā)生了改變，發(fā)現(xiàn)管段的一半涂層是黑色另一半發(fā)黃，主要集中在堆焊接口附近，如圖1所示。

玻璃鱗片涂層出現(xiàn)局部鼓泡，尤其在堆焊和內(nèi)補(bǔ)口接口處鼓泡嚴(yán)重，如圖2所示。

圖1 SK-54現(xiàn)場試驗(yàn)前后對比圖

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)后玻璃鱗片涂層K-54

2.2 涂層的耐沖擊性能測試

（1）試驗(yàn)方法：評價(jià)涂層的耐沖擊性能，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《GB 1732-1993漆膜耐沖擊測定》，測試在1.5J沖擊能量下的表現(xiàn)。

（2）試驗(yàn)結(jié)果：1.5J沖擊能量是標(biāo)準(zhǔn)要求，5種涂層試樣均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，沖擊后管道完好無損。

2.3 涂層附著力試驗(yàn)

圖3 涂層的載荷-摩擦力曲線

（1）附著力劃痕實(shí)驗(yàn)。使用WS-2003涂層附著力自動(dòng)劃痕儀，選用載荷200 N，加載速率為100 N/min，劃痕長度10 mm，測試5種涂層的載荷-摩擦力曲線，見圖3。

圖4 5涂層附著力試驗(yàn)的宏觀形貌

在涂層附著力測試加載過程中，摩擦力的大小反應(yīng)了涂層的硬度以及附著力的大小。從圖4中可以看出，附著力由大到小的順序：玻璃釉、SK-54、環(huán)氧陶瓷、環(huán)氧粉末、玻璃鱗片。

（2）附著力附著力拉拔實(shí)驗(yàn)。上述試驗(yàn)方法，由于涂層的附著力較好，在滑動(dòng)距離有限的情況下，環(huán)氧陶瓷、玻璃鱗片、SK-54、環(huán)氧粉末沒能測試曲線的突變點(diǎn)，涂層內(nèi)部的抗滑動(dòng)能力很大，只有玻璃釉涂層由于脆性較大，在1200N附近出現(xiàn)破裂，為了進(jìn)一步研究涂層與基體的附著力的大小，采用了附著力剝離實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了附著力等級測試。

采用附著力拉拔法測試5種涂層的附著力，見表1

表1 5種涂層附著力測試

結(jié)果：5種涂層附著力由大到小的順序：玻璃釉、SK-54、環(huán)氧陶瓷、玻璃鱗片、環(huán)氧粉末。

2.4 摩擦磨損性能試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用的試樣尺寸為30 mm×15 mm×厚度的方形片狀，使用5種涂層進(jìn)行試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)條件：摩擦載荷：10 N，轉(zhuǎn)速：800 r/min，旋轉(zhuǎn)半徑：3 mm，測試時(shí)間：5 min。

試驗(yàn)結(jié)束后，使用先后丙酮和無水酒精清洗試樣表面并用吹風(fēng)機(jī)吹干，再使用精度為0.0001 g的電子稱測量其重量，最后計(jì)算在相同的磨損時(shí)間內(nèi)，試樣磨損的平均磨損量及其平均磨損率。

（2）試驗(yàn)結(jié)果：試樣磨損圖如圖5所示，磨損性能測試如表2所示。

圖5 5種涂層的磨損宏觀形貌

表2 涂層的磨損性能測試

圖6 5種涂層的摩擦系數(shù)對比

如表2、圖6所示，5種涂層磨損量由小到大的順序：環(huán)氧粉末、環(huán)氧陶瓷、玻璃鱗片、玻璃釉、SK-54。SK-54涂層的磨損量最大，磨損速度最大，玻璃釉、環(huán)氧陶瓷和玻璃鱗片涂層的磨損量相近，環(huán)氧粉末的磨損量最小，磨損速率最小。而且5種涂層中，經(jīng)過腐蝕后磨損性能變化最大的是SK-54，其它4種涂層腐蝕后的磨損率與腐蝕前的磨損率是一個(gè)數(shù)量級，去除誤差的影響，腐蝕前后4種涂層的磨損性能變化甚微。這是因?yàn)?SK-54涂層在管道運(yùn)行過程中性能發(fā)生了改變，脆性變大，磨損率增大。

2.5 小結(jié)

五種內(nèi)防涂層中SK-54和玻璃鱗片不適用于該工況環(huán)境下涂裝，其它三種性能差異較小，而環(huán)氧粉末表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性。

3 內(nèi)防腐涂層接口性能測試

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用后接口腐蝕形貌測試

將帶擴(kuò)口、堆焊及內(nèi)補(bǔ)口接口的管子從中間切開，清理油污和雜質(zhì)之后，使得涂層接口可見，觀察其腐蝕形貌。經(jīng)過100天的應(yīng)用，所有擴(kuò)口管道插接的管段上的涂層完整無損，而且插接管與原管道處未進(jìn)液體，也未腐蝕，接口兩邊的涂層也未發(fā)現(xiàn)氣孔、起泡、脫落等缺陷。

圖7 玻璃鱗片堆焊接口

圖8 玻璃鱗片內(nèi)補(bǔ)口接口

堆焊和擴(kuò)口兩種接口形式接口處性能優(yōu)良，未發(fā)生明顯腐蝕以及性能劣化，但是兩種接口形式下的玻璃鱗片涂層出現(xiàn)了鼓泡、脫落現(xiàn)象，如圖7、圖8所示，涂層局部失效，其余四種涂層完好。

3.2 小結(jié)

接口從性能方面可以選擇擴(kuò)口、堆焊及內(nèi)補(bǔ)口其中之一。但是擴(kuò)口接口在使用過程中，密封一旦失效，液體進(jìn)入插接管和原管道之間的縫隙，容易造成縫隙腐蝕，引起管道局部腐蝕，加速管道腐蝕失效。內(nèi)補(bǔ)口在現(xiàn)場應(yīng)用過程由于多加一道小車接口內(nèi)防處理，增加了施工成本，而且對于管徑小的管道實(shí)施較困難。因此推薦采用堆焊接口，而且只要堆焊材料選擇得當(dāng)，設(shè)計(jì)合適的焊接工藝，抗腐蝕性和耐磨性完全可以滿足現(xiàn)場需求。

4 結(jié)語

（1）對于運(yùn)輸溫度高、含砂高，礦化度高的介質(zhì)管道，內(nèi)防涂層優(yōu)先選擇環(huán)氧粉末。

（2）接口推薦采用堆焊接口，根據(jù)運(yùn)輸介質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的堆焊材料，并制定適宜的焊接工藝，滿足服役環(huán)境接口防護(hù)需要。